[发明专利]具有用于过滤紫外线过程辐射的光学元件的激光加工头和对应的激光加工方法

说明书

一种激光加工头(1)，用于借助激光射束(3)激光加工工件(2)其中，布置在激光射束(3)的光路中光学元件(6)根据本发明地构造用于从来自工件(2)的过程辐射(7)中过滤掉波长小于400纳米的辐射分量。优选，所述至少一个光学元件(6)具有对于激光射束(3)的激光波长透射的并且对于过程辐射(7)的小于400纳米的波长高反射的涂层(8)。

技术领域

本发明涉及一种激光加工头，其用于借助激光射束对工件进行激光加工，所述激光加工头具有布置在激光射束的光路中的至少一个光学元件，还涉及一种用于借助通过激光加工头指向到工件上的激光射束激光加工、尤其是激光切割工件的对应的方法。

背景技术

这种激光加工头和激光加工方法充分已知。

在以CO₂激光辐射进行的激光加工过程、尤其是激光切割过程中已知的是，基于在过程区中的高的能量输入会形成等离子。将过程区包围的气氛的形成等离子的倾向取决于起作用的激光辐射的波长并且在使用波长10.6微米的CO₂激光辐射的情况下是在使用具有1微米范围中或其下的波长的固体激光辐射或二极管激光辐射的情况下的约100倍。因而，在以CO₂激光器进行材料加工时通常设有调节过程，例如用于调节激光功率或切割速度，通过该调节过程探测和/或防止等离子的出现。在以固体激光器进行材料加工时，直至6千瓦的激光功率为止都无需这种调节介入到过程中，因为不会形成等离子。但已表明的是，以大于6千瓦的激光功率进行的激光切割的情况下，即使使用激光器固体或二极管激光器作为射束源，尤其是在长切口的情况下仍会导致过程干扰直至切口破坏。

发明内容

因而本发明的任务是将开头所述类型的激光加工头进行改进，以使得可在以大于6千瓦的激光功率进行激光材料加工的情况下避免这种过程干扰并从而可提高过程稳定性。

根据本发明的任务通过以下方式解决，所述至少一个光学元件构造用于从来自工件的过程辐射中将波长小于400纳米的辐射分量过滤掉或者说封挡。优选，所述光学元件由石英玻璃或硒化锌构成。

根据本发明已经已知，在以较高功率(6千瓦)的固体激光辐射或二极管激光辐射进行材料加工、尤其是激光切割的情况下，虽然不形成气氛-等离子，但形成的金属蒸气被置于能量强化状态中，这导致小于400纳米的波长范围中的强功率的过程辐射。在用于以固体激光器进行材料加工的激光加工头中所用的光学元件(反射镜，透镜，保护玻璃)通常由高纯石英构成。对于这种光学元件，波长低于400纳米的过程辐射是关键的，因为石英在该波长范围中吸收。同样，例如用于光学元件的抗反射的涂层材料(例如Ta₂O₅)在低于400纳米的波长范围中能够是吸收的并且造成光学元件的不利的加热过程。尤其是在长的过程时长，例如在长的切口的情况下，会由于光学元件的变热而导致焦点方位的偏移，即导致激光射束的焦点方位沿射束传播方向的改变。根据本发明，光学元件将波长小于400纳米的辐射分量从由工件或者说过程区产生的过程辐射过滤掉，使得光学元件不变热或者说仅稍微变热并从而不出现焦点方位的偏移。

在优选的第一实施方式中，光学元件具有对于激光射束的激光波长透射的并且对于过程辐射的波长小于400纳米的辐射分量高反射的涂层。造成干扰的过程辐射在光学元件上往回朝工件或者说过程区方向反射，使得该过程辐射不穿过光学元件并且通过该方式与激光加工头的剩余光学元件隔离。

优选，所述涂层对于在900至1100纳米之间的或在10.6微米的范围中的激光波长具有至少99％的透射率并且对于过程辐射的波长小于400纳米的辐射分量具有至少90％、优选至少95％的反射率。换言之，所述涂层对于激光波长不吸收和抗反射并且同时对于过程辐射的低于400纳米的波长高反射。